Рентгеновское излучение: разновидности, применение

Рентгеновское излучение: разновидности, применение

Открытие и заслуги в изучении основных свойств рентгеновских лучей с полным правом принадлежит немецкому учёному Вильгельму Конраду Рентгену. Удивительные свойства открытых им X-лучей, сразу получили огромный резонанс в учёном мире. Хотя тогда, в далёком 1895 году, учёный вряд ли мог предположить, какую пользу, а иногда и вред может принести рентгеновское излучение.

Давайте выясним в этой статье, как, этот вид излучения, влияет на здоровье человека.

Что такое рентгеновское излучение

В опубликованной Рентгеном работе были приведены следующие сведения:

  • Рентгеновское излучение: разновидности, применениеX-лучи обладают огромной проникающей способностью, зависящей от длины волны излучения, плотности и толщины слоя облучаемого материала;
  • они вызывают свечение некоторых веществ;
  • рентгеновские лучи оказывают влияние на живые организмы;
  • это излучение может явиться катализатором некоторых фотохимических реакций;
  • X-лучи способны ионизировать атомы (т. е. отрывать у нейтральных атомов электроны).

Первый вопрос, который заинтересовал исследователя, — что такое рентгеновское излучение? Ряд экспериментов позволил убедиться, что это электромагнитное излучение с длиной волны 10-8 см, занимающее промежуточное положение между ультрафиолетовым и гамма-излучением.

Применение рентгеновского излучения

Все перечисленные аспекты разрушительного воздействия таинственных X-лучей вовсе не исключают удивительно обширные аспекты их применения. Где же применяется рентгеновское излучение?

  1. Изучение структуры молекул и кристаллов.
  2. Рентгеновская дефектоскопия (в промышленности обнаружение дефектов в изделиях).
  3. Методы медицинского исследования и терапии.

Важнейшие применения рентгеновского излучения стали возможными, благодаря очень малым длинам всего диапазона этих волн и их уникальным свойствам.

Так как нас интересует влияние рентгеновского излучения на людей, которые сталкиваются с ним лишь во время медицинского обследования или лечения, то далее мы будем рассматривать только эту область применения рентгена.

Применение рентгеновского излучения в медицине

Рентгеновское излучение: разновидности, применение

  • рентгенодиагностика;
  • рентгенотерапия.

Рентгенодиагностика

Рентгенодиагностика используется в различных вариантах:

  • Рентгеновское излучение: разновидности, применение
    рентгеноскопия (просвечивание);
  • рентгенография (снимок);
  • флюорография;
  • рентгеновская и компьютерная томография.

Разберёмся в отличии этих методов.

  1. При рентгеноскопии пациент располагается между рентгеновской трубкой и специальным флуоресцирующим экраном. Рентгенолог подбирает нужную жёсткость лучей и получает на экране изображения внутренних органов и рёбер.
  2. При рентгенографии пациент укладывается на кассету со специальной фотоплёнкой. Рентгеновский аппарат располагается над объектом. На плёнке получается негативное изображение внутренних органов, содержащее более мелкие детали, чем при рентгеноскопическом обследовании.
  3. Рентгеновское излучение: разновидности, применение

    Флюорография используется при массовых медицинских осмотрах населения. На специальную плёнку проецируется изображение с большого экрана.

  4. Томография использует рентгеновские лучи для получения снимков органов в нескольких выбранных поперечных срезах тканей. Полученная серия рентгеновских снимков называется томограммой.
  5. Компьютерная томограмма регистрирует срезы человеческого тела с помощью рентгеновского сканера. Данные заносятся в компьютер и дают единое изображение в поперечном сечении.

Все перечисленные методы диагностики основаны на способности рентгеновых лучей засвечивать фотоплёнку и на различной проницаемости их для тканей и костного скелета.

Рентгенотерапия

Способность рентгеновых лучей оказывать биологическое действие на ткани, в медицине используют для терапии опухолей. Ионизирующее действие этого излучения наиболее активно проявляется в воздействии на быстро делящиеся клетки, каковыми и являются клетки злокачественных опухолей.

Однако, следует знать и о побочных эффектах, неизбежно сопровождающих рентгенотерапию. Дело в том, что быстро делящимися являются также клетки кроветворных, эндокринных, иммунных систем. Негативное воздействие на них порождает признаки лучевой болезни.

Влияние рентгеновского излучения на человека

Вскоре после замечательного открытия X-лучей обнаружилось, что рентгеновское излучение оказывает действие на человека.

  1. Выяснилось, что новое излучение может вызвать изменение в кожном покрове, напоминающее, солнечный ожог, но с более глубоким повреждением кожи. К тому же эти изъязвления требовали более длительного времени для заживления. Незнание возможных последствий приводило даже к ампутации пальцев у исследователей, занимающихся этими коварными лучами.
  2. Постепенно удалось выяснить, что подобных поражений можно избежать, уменьшая время, дозу облучения, применяя свинцовую экранировку и дистанционное управление процессом.
  3. Рентгеновское излучение: разновидности, применение

    Вред от рентгеновского излучения может иметь и более долгосрочную перспективу: временные или постоянные изменения в составе крови, подверженность лейкемии, раннее старение.

  4. Как влияет рентген на организм, т. е. биологические последствия зависят от того, какой орган подвергается облучению, какова доза воздействия. Скажем, облучение кроветворных органов вызывает заболевания крови, половых органов — бесплодие.
  5. Систематическое облучение даже малыми дозами может привести к генетическим изменениям в организме.

Эти данные получены при экспериментах на подопытных животных, однако, генетики предполагают, что подобные последствия могут распространяться и на человеческий организм.

Изучение последствий рентгеновского облучения позволило разработать международные стандарты на допустимые дозы облучения.

Дозы рентгеновского излучения при рентгенодиагностике

После посещения рентген-кабинета многие пациенты испытывают беспокойство, — как полученная доза радиации отразится на здоровье?

Рентгеновское излучение: разновидности, применение

Доза общего облучения организма зависит от характера проводимой процедуры. Для удобства будем сопоставлять получаемую дозу с природным облучением, которое сопровождает человека всю жизнь.

  1. Рентгенография: грудной клетки — полученная доза радиации эквивалентна 10 дням фонового облучения; верхнего желудка и тонкого кишечника — 3 годам.
  2. Компьютерная томография органов брюшной полости и таза, а также всего тела — 3 годам.
  3. Маммография — 3 месяцам.
  4. Рентгенография конечностей — практически безвредна.
  5. Что касается стоматологического рентгена, доза облучения — минимальна, поскольку на пациента воздействуют узконаправленным пучком рентгеновских лучей с малой длительностью излучения.

Эти дозы облучения соответствуют допустимым стандартам, но, если пациент перед прохождением рентгена испытывает чувство тревоги, он вправе попросить специальный защитный фартук.

Воздействие рентгеновского излучения на беременных

Рентгеновскому обследованию каждый человек вынужден подвергаться неоднократно. Но существует правило — этот метод диагностики нельзя назначать беременным женщинам. Развивающийся эмбрион чрезвычайно уязвим.

Рентгеновские лучи могут вызвать аномалии хромосом и как следствие, рождение детей с пороками развития. Наиболее уязвимым в этом плане является срок беременности до 16 недель.

Причём наиболее опасен для будущего малыша рентген позвоночника, тазовой и брюшной области.

Рентгеновское излучение: разновидности, применение

Однако существуют побочные источники рентгеновских излучений:

  • электронные микроскопы;
  • кинескопы цветных телевизоров и т. д.

Будущим мамашам следует знать об исходящей от них опасности.

Для кормящих матерей рентгенодиагностика опасности не представляет.

Что делать после рентгеновского излучения

Чтобы избежать даже минимальных последствий рентгеновского облучения, можно предпринять некоторые простые действия:

  • после рентгена выпить стакан молока, — оно выводит малые дозы радиации;
  • весьма кстати приём стакан сухого вина или виноградного сока;
  • некоторое время после процедуры полезно увеличить долю продуктов, с повышенным содержанием йода (морепродуктов).

Но, никакие лечебные процедуры или специальные мероприятия для вывода радиации после рентгена не требуются!

Несмотря на, бесспорно, серьёзные последствия от воздействия рентгеновских лучей, не следует переоценивать их опасность при медицинских обследованиях — они проводятся лишь на определённых участках тела и очень быстро. Польза от них во много раз превышает риск этой процедуры для человеческого организма.

Источник: https://otravleniya.net/izluchenie/rentgenovskoe-izluchenie-dejstvie-na-cheloveka.html

Что такое рентгеновское излучение, его свойства и применение :

Какова природа рентгеновского излучения

Эти электромагнитные волны испускаются при участии электронов, в отличие от гамма-излучения, которое является ядерным. Искусственно рентгеновское излучение создается путем сильного ускорения заряженных частиц и путем перехода электронов с одного энергетического уровня на другой с высвобождением большого количества энергии.

Рентгеновское излучение: разновидности, применениеУстройства, на которых можно получить рентгеновское излучение — это рентгеновские трубки и ускорители заряженных частиц. Естественными источниками его являются радиоактивно нестабильные атомы и космические объекты.

История открытия

Оно было сделано в ноябре 1895 года Рентгеном — немецким ученым, который обнаружил эффект флуоресценции платино-цианистого бария во время работы катодолучевой трубки. Он описал характеристики этих лучей довольно подробно, включая способность проникать сквозь живые ткани. Они были названы ученым икс-лучами (X-rays), название «рентгеновские» прижилось в России позднее.

Чем характеризуется этот вид излучения

Логично, что особенности данного излучения обусловлены его природой. Электромагнитная волна — вот что такое рентгеновское излучение. Свойства его следующие:

  • Отражение. Эти волны практически не отражаются при падении на поверхность перпендикулярно. Установлено, что при определенных условиях свойством отражать лучи обладает алмаз.Рентгеновское излучение: разновидности, применение
  • Проникающая способность. Они проходят сквозь непрозрачные объекты, такие как металл, бумага, дерево, живые ткани.
  • Поглощаемость. Чем плотнее материал, через который проходят икс-лучи, тем выше степень их поглощения.
  • Могут вызывать флуоресценцию (свечение) некоторых веществ. Она исчезает после прекращения действия лучей; если же свечение продолжается и после этого, то этот эффект называют фосфоресценцией.
  • Способность “засвечивать” фотопленку подобно видимому свету.
  • Ионизация воздуха при прохождении через него. В результате он становится электропроводным, этот эффект используют для установления дозы излучения с помощью дозиметров.

Рентгеновское излучение — вред 

Разумеется, в момент открытия и долгие годы после того никто не представлял себе, насколько оно опасно.

Рентгеновское излучение: разновидности, применениеК тому же, примитивные устройства, продуцирующие эти электромагнитные волны, в силу незащищенной конструкции создавали высокие дозы. Правда, предположения об опасности для человека этого излучения ученые выдвигали и тогда. Проходя сквозь живые ткани, рентгеновское излучение оказывает биологическое действие на них. Основным влиянием является ионизация атомов веществ, из которых состоят ткани. Самым опасным этот эффект становится по отношению к ДНК живой клетки. Последствиями воздействия рентгеновских лучей становятся мутации, опухоли, лучевые ожоги и лучевая болезнь.

Где применяются икс-лучи

  1. Медицина. Рентгенодиагностика — “просвечивание” живых организмов. Рентгенотерапия — воздействие на опухолевые клетки.
  2. Наука. Кристаллография, химия и биохимия используют их для выявления строения вещества.
  3. Промышленность. Выявление дефектов металлических деталей.
  4. Безопасность. Рентгеновское оборудование применяют для обнаружения опасных предметов в багаже в аэропортах и других местах.

Источник: https://www.syl.ru/article/85532/chto-takoe-rentgenovskoe-izluchenie-ego-svoystva-i-primenenie

Лекция 1. Ионизирующее излучение. Понятие, природа, свойства

  1. Понятие и виды ионизирующих излучений.

  2. Природа и виды рентгеновского излучения. Рентгеновская трубка.

  3. Механизм образования и спектры тормозного и характеристического излучений.

  4. Радиоактивность и её характеристики.

  5. Виды радиоактивного распада.

  • Понятие и виды ионизирующих излучений.
  • Ионизирующие излучения— все
    излучения, которые при действии на
    вещество непосредственно вызывают его
    ионизацию.
  • Виды ионизирующих излучений:
  1. Коротковолновое ультрафиолетовое

  2. Рентгеновское излучение

  3. Радиоактивные излучения:

    1. Альфа-излучение

    2. Бэтта-излучение

    3. Гамма-излучение

    4. Нейтронные излучения.

Читайте также:  Мрт под наркозом: в каких случаях применяется и для каких пациентов

Природа и виды рентгеновского излучения.
Рентгеновская трубка.

Рентгеновское излучение
коротковолновое электромагнитное
излучение, которое на шкале ЭМВ расположено
между ультрафиолетовыми и гамма-лучами.

Виды рентгеновского излучения:

  1. по длине волны и проникающей способности:

    1. мягкое (длина волны больше, чем у жесткого, а проникающая способность меньше)

    2. жёсткое

  2. по механизмам излучения и спектрам:

    1. тормозное

    2. характеристическое

Все виды рентгеновского излучения можно
получить с помощью рентгеновской трубки.
Рентгеновская трубка– двухэлектродный
вакуумный прибор, в основе работы
которого лежит явление термоэлектронной
эмиссии:

Электрические токи разогревают катод,
и он испускает электроны. Вылетевшие
электроны образуют электронное облако
у катода. Электроны летят к аноду.

У
анода происходит их взаимодействие с
атомарным электроном и веществом анода,
вследствие чего возникает рентгеновское
излучение. Анод выполняется из тугоплавких
теплопроводных металлов с высокой
молекулярной массой (например, вольфрама).

Применяется специальное охлаждение
анода водой, маслом, либо используется
технология «вращающегося анода».

Механизм образования и спектры
тормозного и характеристического
излучений.

Тормозное рентгеновское излучение– излучение, которое образуется при
торможении быстрых электронов атомарным
электрическим полем анода (полем
атомарных электронов).

Теория Максвелла: вокруг движущихся
заряженных частиц существует электрическое
и магнитное поле. Когда скорость
электронов уменьшается, уменьшается и
индукция магнитного поля, следовательно,
в пространстве происходит цепочка
взаимосвязанных изменений электрического
и магнитного полей, т.е. порождается
электрическая волна.

  1. В рамках закона превращения энергии:
    при тормозном излучении уменьшающаяся
    кинетическая энергия электронов
    переходит в энергию электромагнитного
    излучения, а также внутреннюю энергию
    атомов анода, вызывая его нагревание.
  2. ,
    гдее– заряд электрона;U– напряжение между катодом и анодом;Q– выделяющееся на аноде тепло;eU– энергия ускоренного электрона.
  3. Соотношение между слагаемыми случайно,
    следовательно, при торможении большого
    числа электронов образуется радиоактивное
    излучение различных длин волн.

Зависимость потока рентгеновского
излучения от его длины волны – спектр
рентгеновского излучения
..

Спектр тормозного радиоактивного
излучения непрерывный
(сплошной).
Этот спектр имеет чёткую границу со
стороны коротких волн, так как энергия
фотона радиоактивного излучения меньше
энергии ускоренного электрона. Определить
эту границу можно из условия перехода
всей энергии электрона в энергию фотона
(Q= 0).

Характеристики спектраможно
получить двумя способами:

  1. Изменить напряжение на трубке (между анодом и катодом)

  2. Изменить температуру накала катода

Увеличение напряженияна трубке
вызовет два эффекта:1)увеличатся
скорость и энергия электрона, следовательно,
увеличится число квантов тормозного
излучения, следовательно, произойдёт
изменение спектральных свойств излучения
в сторону увеличения жёсткости
(коротковолновая граница сместится в
область меньших длин волн).2)увеличится число электронов из
электронного облака вокруг катода,
которые достигнут анода, следовательно,
произойдёт возрастание потока энергии
тормозного излучения.

Увеличение температурынакала
катода вызовет увеличение эмиссии
электронов, следовательно, увеличится
поток излучения без изменения спектрального
состава.

Характеристическое рентгеновское
излучение
: увеличение напряжения
между катодом и анодом => электрон в
поле трубки сильнее ускорится и приобретёт
большую энергию => электрон преодолевает
отталкивание поля атомарных электронов
анода и проникает внутрь атома => внутри
атома электрон выбивает новый электрон
из внутреннего слоя. На место выбитого
электрона обязательно переходит электрон
из более удалённого от ядра слоя. Так
как энергия внешних электронов больше,
чем энергия внутренних электронов, то
избыток энергии высвечивается в виде
кванта электромагнитного излучения.

Характеристическое рентгеновское
излучение всегда образуется при
возникновении свободного места в одном
из внутренних электронных слоёв атома.

Распределение электронных слоёв
определено, следовательно, спектр
характеристического излучения дискретный
(линейный). Внутренние электронные слои
атомов заполнены, а значит одинаковы у
атомов разных элементов, следовательно,
особенности характеристических
рентгеновских спектров атомов сравнимы
с относительными атомными спектрами.

Характеристические спектры различных
элементов однотипны по форме и отличаются
лишь положением на оси длины волн. С
увеличением порядкового номер испускаемого
электрона (в трубке – вещество анода)
спектры сдвигаются в сторону меньших
длин волн (в зону больших частот). Причина
сдвига – усиление влияния ядра на
электронные оболочки.

Закон Мозли:

  • Характеристический спектр элемента не
    зависит от того, в какие химические
    соединения он входит.
  • Радиоактивность и её характеристики.
  • Радиоактивность– самопроизвольный
    распад атомных ядер с образованием
    новых дочерних ядер и различных излучений.
  • Естественный распад– свойственен
    неустойчивым ядрам, существующим в
    природе.
  • Искусственный распад– свойственен
    ядрам, возникающим при ядерных реакциях.
  • Протекание процесса радиоактивного
    распада во времени описывает основной
    закон радиоактивного распада:
  • ,
    гдеN– число целых
    ядер,dN– изменение
    числаNза промежуток
    времениdt,- постоянная распада, «-» — со временем
    число ядер уменьшается.
  • Число ядер уменьшается тем сильнее,
    чем дольше идёт распад и чем больше
    подвержено распаду ядер.

Окончательный вид:.В процессе радиоактивного распада
число материнских ядер уменьшается по
экспоненциальному закону.

Количественные характеристики
радиоактивного распада:

Постоянная распада-.
Пустьt– время
релаксации, т.е. среднее время жизни
изотопа. За это время по определению
число ядер уменьшится вeраз.

Физический смысл: постоянная распада
обратна времени релаксации. Чем больше
постоянная распада, тем меньше время
релаксации и тем быстрее идёт распад,
независимо от исходного количества
ядер. Постоянная распада – характеристика
способности ядра к распаду или вероятности
распада ядра.

Для различных веществ постоянная распада
различна. А процесс распада – статистический
процесс.

Период полураспада()
– время, за которое распадётся половина
от исходного количества ядер.Связь
между постоянной распада и периодом
полураспада
:

Чем больше постоянная распада, тем
меньше период полураспада ядер у данного
вещества.

Активность(А) – скорость распада,
т.е. число ядер, распадающихся в единицу
времени.

Внесистемные ед.: 1 Рд = 106Бк
(резерфорд); 1 Ки = 3,7. 1010Бк
(кюри).

  1. Связь между активностью и другими
    единицами
    :
  2. ,
    где А0– исходная активность.
  3. Активность уменьшается во времени по
    экспоненциальному закон.

Активность тем выше, чем больше число
радиоактивных ядер и чем меньше период
полураспада.

Удельная массовая активность
активность единицы массы вещества.

Удельная объёмная активность
активность единицы объёма вещества.

Виды радиоактивного распада.

Существует два основных типа распада:

  1. Альфа-распад

  2. Бэтта-распад

    1. электронный захват (е-захват)

Основные характеристики микрочастиц.

Элементарные частицы и атомные ядра
принято характеризовать зарядом и
массой, выраженных в элементарных
единицах.

В состав атома входят протоны(р),нейтроны(n) иэлектроны(е). Протоны и нейтроны –нуклоны.
Заряды: протона 1, нейтрона 0, электрона
-1. Массы: протона 1, нейтрона 1, электрона
0.

Позитрон(антиэлектрон) не входит
в состав элемента, но образуется при
позитронном распаде. Его заряд 1, масса
0.

Зарядядраравен числу протонов
в ядре и определяется порядковым номером
элемента в периодической таблице
Д.И.Менделеева (Z).

Масса ядра равна сумме числа протонов
и числа нейтронов в ядре (общему числу
нуклонов) – массовоечисло(А).

Излучения, образующиеся при радиоактивном
распаде
.

Альфа-излучение– имеет корпускулярную
природу, состоит из быстродвижущихся
альфа-частиц – ядер атома гелия.
Характеристики альфа-частицы:Z
= 2, A = 4, образуется при альфа-распаде.

  • Электронное излучение()
    – имеет корпускулярную природу, состоит
    из быстродвижущихся-частиц
    (электронов), образующихся при-распаде.
  • Позитронное излучение()
    – имеет корпускулярную природу, состоит
    из быстродвижущихся-частиц
    (позитронов), образующихся при-распаде.
  • Гамма-излучение– имеет электромагнитную
    (волновую) природу, может сопровождать
    как альфа-, так и бэтта-распад.

Элементарная частица нейтрино().
Характеристики: заряд 0, масса 0. Образуется
при позитронном распаде.

Элементарная частица антинейтрино().
Характеристики: заряд 0, масса 0. Отличается
от нейтрино направлением спина. Образуется
при электронном распаде.

Характерное рентгеновское излучениесопровождает электронный захват.

Альфа-распад– превращение ядра
одного элемента в ядро другого элемента
с испусканием альфа-частицы. Х –
материнское ядро, У – дочернее ядро.

  1. Дочернее ядро может образовываться в
    возбуждённой системе, затем энергия
    возбуждения высвечивается в виде
    гамма-фотонов.
  2. Бэтта-распад– внутриядерное
    взаимное превращение нейтрона и протона
    с возможностью возникновения
    гамма-излучения.
  3. Электронный распад– в ядре происходит
    превращение нейтрона в протон с
    испусканием электрона и антинейтрино.

Позитронный распад– в ядре происходит
превращение протона в нейтрон с
испусканием позитрона и нейтрино.

Электронный захват– ядро захватывает
электрон с одной из внутренних орбит
атома.

Вакансия во внутреннем слое сразу
заполняется электроном из более
удалённого слоя, возникает характерное
рентгеновское излучение. Масса ядра не
изменяется, а заряд уменьшается на 1
э.е..

Источник: https://studfile.net/preview/3592526/

Рентгеновское излучение. Что это и как его можно использовать

Рентгеновские лучи являются формой электромагнитного излучения, как и радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение и микроволны. Одним из наиболее распространенных и полезных применений рентгеновских лучей является медицинская визуализация — рентген. Рентгеновские лучи также используется для лечения рака и изучения космоса. 

Электромагнитное излучение передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр, который делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты.

Рентгеновские лучи делятся на два типа — мягкие рентгеновские лучи и жесткие рентгеновские лучи. Мягкие рентгеновские лучи попадают в диапазон спектра между УФ светом и гамма-лучами. Мягкие рентгеновские лучи имеют сравнительно высокие частоты — около 3*10 16 Герц до 10 18 Герц, и относительно короткие длины волны — около 10 нанометров до 100 пикометров.

Нанометр — одна миллиардная часть метра. Пикометр — одна триллионная часть метра.

У жестких рентгеновских лучей частоты от 10 18 Гц до более 10 20 Гц, а длины волн около 100 пм до 1 пм.

Жесткие рентгеновские лучи занимают ту же область спектра, что и гамма-лучи.

Единственное различие между ними, это их источник — рентгеновские лучи создаются ускоряющимися электронами, а гамма-лучи атомными ядрами. 

Читайте также:  Ангиография сосудов почек: показания, расшифровка результатов

История рентгеновских лучей

Рентгеновские снимки были обнаружены в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном, профессором Вюрцбургского университета в Германии. Ученый заметил кристаллы вблизи высоковольтной электронно-лучевой трубки, имеющей флуоресцентное свечение, даже при экранировании их темной бумагой.

Некоторая форма энергии вырабатывалась трубкой, и она проникала в бумагу и заставляла кристаллы светиться. Тогда Рентген дал имя неизвестной форме энергии — рентгеновское излучение.

Дальнейшие эксперименты показали, что это излучение может проникать в мягкие ткани, но не в кости, а также создавать теневые изображения на фотографических пластинках.

За это открытие Рентген был удостоен первой Нобелевской премии по физике в 1901 году. А во время Первой Мировой Войны рентгеновские снимки уже вовсю использовались в медицинских целях.

Источники и эффекты

Рентгеновские лучи возникают, когда электроны ударяются о металлическую мишень. Электроны освобождаются от нагретой нити накала и ускоряются высоким напряжением в направлении металлической мишени. Когда электроны ударяют по мишени, их энергия преобразуется в рентгеновское излучение.

Рентгеновские лучи могут также создаваться синхротроном — ускорителем частиц, который заставляет заряженные частицы двигаться по замкнутому кругу. Когда высокоскоростные электроны вынуждены двигаться по круговой траектории в магнитном поле, то угловое ускорение заставляет частицы испускать фотоны. Если энергия достаточно велика, электроны будут излучать рентгеновские лучи. 

Синхротронное излучение впервые было обнаружено в США в 1947 году. Это излучение считалось помехой, поскольку оно заставляло частицы терять энергию.

Но позже, в 1960-х годах, оно было признано как свет с исключительными свойствами, который преодолел недостатки рентгеновских трубок.

Одна интересная особенность синхротронного излучения состоит в том, что он поляризован — электрическое и магнитное поля фотонов колеблются в одном направлении, которое может быть либо линейным либо круговым.

Рентгеновский снимок

Из-за способности рентгеновских лучей проникать в некоторые материалы, им нашлось ряд применений, в частности для выявления дефектов или трещин в структурных компонентах.

Рентгеновские снимки также необходимы для проверки безопасности, время перевозки грузов или багажа, а также пассажиров. Электронные детекторы позволяют в режиме реального времени визуализировать содержимое чемоданов и предметов, которые могут перевозить пассажиры.

Первоначальное использование рентгеновских лучей предназначалось для визуализации костей, которые были легко отличимы от мягкой ткани на пленке, которая была доступна в то время.

Однако более точные системы фокусировки и более чувствительные методы обнаружения, такие, как улучшенные фотопленки и электронные датчики изображения, позволили различать все более мелкие детали и тонкие различия в плотности ткани.

Компьютерная томография объединяет несколько рентгеновских снимков в трехмерную модель. Рентгенографические исследования это ценный медицинский инструмент для широкого спектра исследований и процедур.

Они используются в качестве неинвазивного и безболезненного метода диагностики болезней, контрольной терапии и поддержки планирования медицинского и хирургического лечения. Также они используются медицинским персоналом во время ввода катетеров или других устройств, обработки опухолей, удаления сгустков крови и во время множества других процедур.

Рентгеновская терапия

Лучевая терапия использует высокоэнергетическое излучение для уничтожения раковых клеток путем повреждения их ДНК. Однако, такое лечение может повредить и нормальные клетки. Поэтому данный вид терапии должен быть тщательно спланирован, чтобы свести к минимуму побочные эффекты.

Ионизирующее излучение рентгеновских лучей вкладывает большое количество энергии на небольшую площадь. Этой энергии достаточно, чтобы полностью отделить электроны от атомов, тем самым изменяя их химические свойства и нарушая молекулярные связи.

В достаточных дозах это может повредить или даже уничтожить клетки. С одной стороны такое повреждение может спровоцировать рак, но с другой оно может быть использовано и для борьбы с ним — направляя рентгеновские лучи на раковые опухоли можно убить аномальные клетки.

Проблема заключается и в том, что лучи убивают здоровые клетки вдоль своего пути. Чтобы умения этого эффекта пациент во время лечения лежит на столе и облучается радиацией из нескольких направлений.

Воздействие на окружающие ткани сводится к минимуму, поскольку здоровая ткань получает одну небольшую дозу от движущегося луча, в то время как опухоль получает дозы со всех сторон. 

Рентгеновская астрономия

Небесные источники рентгеновского излучения включают в себя бинарные системы, содержащие в себе черные дыры или нейтронные звезды. В таких системах более массивный и компактный звездный остаток может отделить материю от своей звезды-спутника. В следствии чего образуется диск чрезвычайно горячего рентгеновского излучения, закручивающегося в спираль. Кроме того, сверхмассивные черные дыры в центрах спиральных галактик могут излучать рентгеновские лучи, поглощая звезды и газовые облака, попадающих в из зону гравитационного воздействия.

Рентгеновские телескопы используют малый угол отражения. В противном случае высокоэнергетические фотоны проходили бы через обычные зеркала телескопа. Поскольку атмосфера Земли блокирует большинство рентгеновских лучей, то поэтому наблюдения обычно проводятся на большой высоте или орбитальными телескопами. 

???? ???? ????

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ae194d5bcf1bc97d58f4283/5b2123aa799d9dc354bbe14a

Виды радиационного излучения

Ионизирующее излучение (далее  — ИИ) – это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие  приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек.

В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион – происходит первичная ионизация.

К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц  —  корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий.

Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе.

Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма.

Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях).

Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). 

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения.

Это поток электронов (β—излучение, или, чаще всего, просто β -излучение)  или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов.

Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.

Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц).

При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки.

Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения  достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.

Нейтронное излучение – еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.

Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность.

Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д.

Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.

Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.

Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение — внеядерного происхождения, гамма излучение — продукт распада ядер.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества.

Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от — от 10-12 до 10-7 .

Источник рентгеновских лучей – рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

В рентгеновской трубке есть два электрода – катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости).

Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки.

Это одно его из свойств, основное для медицины – то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к.

разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение – то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.

Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

Читайте также:  Кт головного мозга: что показывает, чем отличается от мрт, сравнение

Источник: http://rb.mchs.gov.ru/about_radiation/Radiacija_i_zdorove_cheloveka/O_radiacii_dostupnim_jazikom/item/5248

Где, кроме медицины, используются рентгеновские лучи?

Досмотр багажа и грузов. Практически не отличается от медицинской рентгеноскопии. Применяется в аэропортах, таможенных пунктах и других местах. Позволяет обнаружить в багаже и грузах запрещённые к перевозке предметы. В последнее время появились переносные рентгеновские аппараты для обследования обнаруженных в общественных местах подозрительных вещей.

Рентгеновская дефектоскопия. Тоже недалеко ушла от медицинских применений. Используется в основном для выявления раковин, грубых трещин, посторонних включений в литых изделиях. Применяется при проверке качества сварных швов.

Рентгеноспектральный анализ. Позволяет судить о химическом составе исследуемого вещества. Элементы периодической системы обладают характерными спектрами при рентгеновском облучении.

Существуют два метода рентгеноспектрального анализа. В первом изучаемое вещество помещается на место катода в рентгеновской трубке, а испускаемые им рентгеновские лучи исследуются.

Во втором — образец облучается рентгеновскими лучами, а исследуются прошедшие сквозь него или отражённые волны.

Рентгеноструктурный анализ. Любой кристалл имеет трёхмерную упорядоченную структуру атомов. Если рассматривать кристалл под разными углами, то в нём можно выделить множество плоскостей с характерным правильным расположением атомов.

Рентгеновское излучение имеет длину волны, сравнимую с расстояниями между атомами в веществе. Поэтому при отражении рентгеновских лучей от кристалла образуется дифракционная картина, характерная для конкретного изучаемого образца.

Поворачивая кристалл и изучая лучи, отражаемые от разных плоскостей, можно судить о структуре образца и распределении в нём атомов.

Рентгеновская микроскопия. Рентгеновские лучи имеют гораздо меньшую длину волны, чем световые волны. Поэтому с их помощью можно и разглядеть гораздо меньшие объекты — даже отдельные атомы.

Для рентгеновских микроскопов были созданы специальные линзы, способные преломлять волны такой малой длины.

Рентгеновский микроскоп гораздо удобнее электронного, так как исследуемые образцы не надо при исследовании помещать в вакуум.

Рентгеновская астрономия. Звёзды излучают не только в видимом, а и во всём диапазоне электромагнитных волн, в том числе и в рентгеновском.

Рентгеновские телескопы — это фактически рентгеновские микроскопы наоборот.

После создания для тех и других специальных рентгеновских линз, у астрономов появилась возможность изучать небо в новом диапазоне волн с очень большим угловым разрешением.

Рентгеновские лазеры. Чем короче длина волны, тем труднее осуществить её резонансное усиление — принцип действия лазера. Первые лазеры, созданные в 50-е годы, работали в радиодиапазоне (мазеры). В 60-е годы лазерам покорился видимый свет, в 70-е — ультрафиолет. И только в конце 80-х появились сообщения о первых удачных экспериментальных лазерах рентгеновского диапазона.

К сожалению, многие исследования засекречены, так как рентгеновские лазеры можно использовать для противоракетной обороны или, наоборот, для поражения объектов противника из космоса.

Эти лазеры могут возбуждаться энергией небольшого ядерного взрыва и передавать его сфокусированную энергию на большие расстояния.

В 60-е годы, с появлением лазеров оптического диапазона, многие популяризаторы науки сравнивали их с толстовским гиперболоидом инженера Гарина, но тогда это было преждевременно.

Здесь перечислены только основные применения рентгеновских лучей. На самом деле, за сто лет они нашли себя в сотнях направлений. Одних Нобелевских премий, связанных с рентгеновскими лучами, получено после Рентгена одиннадцать. А двенадцатая и далее — ещё впереди…

Источник: https://ShkolaZhizni.ru/computers/articles/15033/

Получение, свойства и применение рентгеновых лучей — Всё для чайников

Подробности Категория: Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

Рентгеновским излучением называют электромагнитные вол­ны с длиной приблизительно от 80 до 105 нм. Наиболее длинноволновое рентгеновское излучение перекрывается коротковолновым ультрафиолетовым, коротковолновое — длинноволновым g-излучением. По способу получения рент­геновское излучение подразделяют на тормозное и характе­ристическое.

  Устройство рентгеновской трубки. Тормозное рентгеновское излучение

Наиболее распространенным источником рентгеновского излу­чения является рентгеновская трубка, которая представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор (рис. 26.1). Подогревный ка­тод 1 испускает электроны 4.

Анод 2, называемый часто антикато­дом, имеет наклонную поверхность, для того чтобы направить воз­никающее рентгеновское излучение 3 под углом к оси трубки. Анод изготовлен из хорошо проводящего тепло материала для отвода теплоты, образующейся при ударе электронов.

Поверхность анода выполнена из тугоплавких материалов, имеющих большой поряд­ковый номер в таблице Менделеева, например из вольфрама. В от дельных случаях анод специально охлаждают водой или маслом.

Для диагностических трубок важна точечность источника рентгеновских лучей, чего мож­но достигнуть, фокусируя электроны в одном месте анода (антикатода).

Поэтому конструктив­но приходится учитывать две противоположные задачи: с одной стороны, электроны должны попадать на одно место антикатода, с другой сторо­ны, чтобы не допустить перегрева, желательно распределение электронов по разным участкам анода.

В качестве одного из интересных техниче­ских решений является рентгеновская трубка с вращающимся анодом (рис. 26.2).

В результате торможения электрона (или иной заряженной частицы) электростатическим полем атомного ядра и атомных электронов веществ антикатода возникает тормозное рентге­новское излучение.

Механизм его можно пояснить следующим образом. С движу­щимся электрическим зарядом связано магнитное поле, индук­ция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и в соответствии с теорией Максвелла появляется электромагнитная волна.

При торможении электронов лишь часть энергии идет на созда­ние фотона рентгеновского излучения, другая часть расходуется на нагревание анода. Так как соотношение между этими частями случайно, то при торможении большого количества электронов возникает рентгеновское излучение с непрерывным (сплошным) спектром. На рис. 26.

3 представлены зависимости потока рентге­новского излучения от длины волны l (спектры) при разных на­пряжениях на рентгеновской трубке: U1 > Аи, и тогда эффект Комптона происходит как бы на свободных электронах, то можно записать приближенно

  • Это явление обусловлено тем, что при взаимодействии с атомом энергия hv фотона расходуется на образование нового рассеянного фотона рентгеновского излучения с энергией hv', на отрыв электро­на от атома (энергия ионизации Ая) и сообщение электрону кинети­ческой энергии Еи:
  • Существенно, что в этом явлении (рис. 26.9) наряду с вторичным рентгеновским из­лучением (энергия hv' фотона) появляются электроны отдачи (кинетическая энергия Ек электрона). Атомы или молекулы при этом становятся ионами.

    Фотоэффект. При фотоэффекте рентге­новское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетают электроны из глубоких оболочек атома. Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.

    Три основных процесса взаимодействия, рассмотренные выше, являются первичными, они приводят к последующим вторичным, третичным и т. д. явлениям.

    Так, например, атомы с вакансией (отсутствием) электрона на одной из внутренних оболочек могут излучать характеристический рентгеновский спектр, возбужден­ные атомы могут стать источниками видимого света (рентгенолю-минесценция) и т. п.

    На рис. 26.10 приводится схема возможных процессов, возни­кающих при попадании рентгеновского излучения в вещество.

    Может происходить несколько десятков процессов, подобных изо­браженному, прежде чем энергия рентгеновского фотона перей­дет в энергию молекулярно-теплового движения.

    Процессы, представленные схемой рис. 26.10, лежат в основе явлений, наблюдаемых при действии рентгеновского излучения на вещество. Перечислим некоторые из них.

    Рентгенолюминесценция — свечение ряда веществ при рент­геновском облучении. Такое свечение платиносинеродистого ба­рия позволило Рентгену открыть лучи. Это явление используют для создания специальных светящихся экранов с целью визуаль­ного наблюдения рентгеновского излучения, иногда для усиления действия рентгеновских лучей на фотопластинку.

    Известно химическое действие рентгеновского излучения, на­пример образование перекиси водорода в воде. Практически важ­ный пример — воздействие на фотопластинку, что позволяет фик­сировать такие лучи.

    Ионизирующее действие проявляется в увеличении электро­проводимости под воздействием рентгеновских лучей. Это свойство используют в дозиметрии для количественной оценки дейст­вия этого вида излучения.

    В результате многих процессов первичный пучок рентгенов­ского излучения ослабляется в соответствии с законом (24.3). За­пишем его в виде

    • где m — линейный коэффициент ослабления. Его можно пред­ставить состоящим из трех слагаемых соответствующих когерент­ному рассеянию mк , некогерентному mнк и фотоэффекту mф:

    Поток рентгеновского излучения ослабляется пропорционально числу атомов вещества, через которое этот поток проходит. Если сжать вещество вдоль оси X, например, в b раз, увеличив в b раз его плотность, то ослабление пучка не изменится, так как число атомов остается прежним. Следовательно, показатель степени в формуле (26.8) не изменится:

    х2 — x1/b, так как при сжатии толщина поглощающего слоя уменьшилась в bраз. Из (26.10) имеем m1 = m2/b.

    1. Это означает, что линейный коэффициент ослабления зависит от Плотности вещества.
    2. Поэтому предпочитают пользоваться массовым коэффициен­том ослабления, который равен отношению линейного коэффици­ента ослабления к плотности поглотителя и не зависит от плот­ности вещества:
    3. Здесь под энергией ионизации понимают энергию, необходимую для удаления внутренних электронов за пределы атома или молекулы.
    4. Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине
    5. Одно из наиболее важных медицинских применений рентге­новского излучения — просвечивание внутренних органов с диаг­ностической целью (рентгенодиагностика).

    Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60— 120 кэВ. При этой энергии массовый коэффициент ослабления в ос­новном определяется фотоэффектом. Его значение обратно пропор­ционально третьей степени энергии фотона (пропорционально ^.3), в чем проявляется большая проникающая способность жесткого из­лучения, и пропорционально третьей степени атомного номера ве­щества-поглотителя:

    где k — коэффициент пропорциональности.

    Поглощение рентгеновских лучей почти не зависит от того, в каком соединении атом представлен в веществе, поэтому можно легко сравнить по формуле (26.12) массовые коэффициенты ос­лабления mтк кости Са3(РО4)2 и mтв мягкой ткани или воды Н2О. Атомные номера Са, Р, О и Н соответственно равны 20, 15, 8 и 1. Подставив эти числа в (26.12), получим

    • Существенное различие поглощения рентгеновского излуче­ния разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изо­бражения внутренних органов тела человека.
    • Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгено­скопия — изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография — изображение фиксируется на фотопленке.

    Источник: https://forkettle.ru/vidioteka/estestvoznanie/fizika-dlya-chajnikov/44-atomnaya-i-yadernaya-fizika/49-poluchenie-svojstva-i-primenenie-rentgenovykh-luchej

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector